CN102491739A - 一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：80.22％-83.78％，NiO：8.96％-9.84％，ZnO：2.00％-3.05％，MnCO₃：4.02％-4.58％，Co₂O₃：1.02％-1.08％和V₂O₅：0.059％构成，其制备方法包括以下几个步骤：配料、一次球磨、材料予烧、二次球磨、压制成型、高温烧结和去应力处理，由于材料配方中不含重金属Pb，解决了污染环境的问题，材料品质因数Q在7.6MHz时超过180，具备同等甚至优于原材料的磁学性能，具有加工工艺简单，成品率高的特点。

Description

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及软磁铁氧体材料技术领域，具体涉及一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料及其制备方法。

背景技术

NiZn软磁铁氧体材料作为重要的基础功能材料，是一种产量大、应用广泛的高频软磁材料，用该材料制作的铁氧体宽频带器件，使用频率可达几千兆赫兹，主要功能是实现射频信号的能量传输及阻抗变换，但是现有材料中使用了Pb类等重金属成份，容易污染环境，随着环保标准要求的提高，一些如Pb类等重金属成份已在材料配方的使用中严格受限，甚至不用，随之一些不含Pb的铁氧体材料配方相继出炉，同时该配方还需保证形成的铁氧体材料具有含Pb类配方材料同等的高频、宽频、低阻抗、低损耗、高品质因数的特点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的提供一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料及其制备方法，能够解决目前该铁氧体材料配方中含重金属Pb的污染环境的问题，同时本发明的材料还具备同等甚至优于原材料的磁学性能，具有加工工艺简单，成品率高的特点。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：80.22％-83.78％，NiO：8.96％-9.84％，ZnO：2.00％-3.05％，MnCO₃：4.02％-4.58％，Co₂O₃：1.02％-1.08％和0.059％的V₂O₅构成。

该材料性能参数如下：

1)该材料的频率覆盖范围f：1MHz-300MHz；

2)磁导率范围宽μ_i：20±25％；

3)电感系数公差A_L：±20％；

4)居里温度T_C：450℃；

5)饱和磁通密度Bs：320mT；

6)品质因数Q：＞180/7.6MHz；

7)密度ρ：5.3g/cm³；

8)截止频率f：150MHz。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法如下：

本发明的制备方法分为以下几个步骤：配料、一次球磨、材料予烧、二次球磨、压制成型、高温烧结和去应力处理。

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO和MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：80.22％-83.78％，NiO：8.96％-9.84％，ZnO：2.00％-3.05％，MnCO₃：4.02％-4.58％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨4±0.1H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温2±0.1H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.02％-1.08％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨6±0.1H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；

所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.1-5.5g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温1±0.1H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温6±0.1H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温2±0.1H，降至200℃，保温2±0.1H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。

本发明涉及一种导磁率为20μ的高频镍锌软磁铁氧体材料的配方及制造方法，配方中不含任何重金属成份铅，材料在7.6MHz频率下与含Pb类材料对比，品质因数超过180，具有优越的磁性能，由于生产的产品材料配方中不含重金属Pb，解决了污染环境的问题，材料品质因数Q在7.6MHz时超过180，具备同等甚至优于原材料的磁学性能，具有加工工艺简单，成品率高的特点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：80.22％，NiO：8.96％，ZnO：2.00％，MnCO₃：4.02％，Co₂O₃：1.02％和V₂O₅：0.059％构成，其余为杂质。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法如下：

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO和MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：80.22％，NiO：8.96％，ZnO：2.00％和MnCO₃：4.02％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨3.9H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温1.9H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.02％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，按质量比为不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨5.9H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机可用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.1g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度，至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温0.9H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温5.9H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温1.9H，降至200℃，保温1.9H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。

实施例二：

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：82.00％，NiO：9.00％，ZnO：3.00％，MnCO₃：4.30％，Co₂O₃：1.05％和V₂O₅：0.059％构成，其余为杂质。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法如下：

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO、MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：82.00％，NiO：9.00％，ZnO：3.00％，MnCO₃：4.30％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨4±0.1H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温2H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.05％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，按质量比为不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨6H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；

所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机可用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.3g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度，至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温1H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温6H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温2H，降至200℃，保温2H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。

实施例三：

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：83.78％，NiO：9.84％，ZnO：3.05％，MnCO₃：4.58％，Co₂O₃：1.08％和V₂O₅：0.059％构成，其余为杂质。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法如下：

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO、MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：83.78％，NiO：9.84％，ZnO：3.05％，MnCO₃：4.58％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨4.1H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温2.1H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.08％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，按质量比为不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨6.1H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；

所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机可用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.5g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度，至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温1.1H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温6.1H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温2.1H，降至200℃，保温2.1H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。

Claims (9)

1.一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，其特征在于，由质量分数为Fe₂O₃：80.22％-83.78％，NiO：8.96％-9.84％，ZnO：2.00％-3.05％，MnCO₃：4.02％-4.58％，Co₂O₃：1.02％-1.08％和V₂O₅：0.059％构成。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，由质量分数为Fe₂O₃：80.22％，NiO：8.96％，ZnO：2.00％，MnCO₃：4.02％，Co₂O₃：1.02％和V₂O₅：0.059％构成，其余为杂质。

3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，由质量分数为Fe₂O₃：82.00％，NiO：9.00％，ZnO：3.00％，MnCO₃：4.30％，Co₂O₃：1.05％和V₂O₅：0.059％构成，其余为杂质。

4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，由质量分数为Fe₂O₃：83.78％，NiO：9.84％，ZnO：3.05％，MnCO₃：4.58％，Co₂O₃：1.08％和V₂O₅：0.059％构成，其余为杂质。

5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，该材料性能参数如下：

1)该材料的频率覆盖范围f：1MHz-300MHz；

2)磁导率范围宽μ_i：20±25％；

3)电感系数公差A_L：±20％；

4)居里温度T_C：450℃；

5)饱和磁通密度Bs：320mT；

6)品质因数Q：＞180/7.6MHz；

7)密度ρ：5.3g/cm³；

8)截止频率f：150MHz。

6.一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法，其特征在于，

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO和MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：80.22％-83.78％，NiO：8.96％-9.84％，ZnO：2.00％-3.05％，MnCO₃：4.02％-4.58％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨4±0.1H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温2±0.1H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.02％-1.08％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，按质量比为不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨6±0.1H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；

所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.1-5.5g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温1±0.1H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温6±0.1H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温2±0.1H，降至200℃，保温2±0.1H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：80.22％，NiO：8.96％，ZnO：2.00％，MnCO₃：4.02％，Co₂O₃：1.02％和V₂O₅：0.059％构成。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法如下：

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO和MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：80.22％，NiO：8.96％，ZnO：2.00％和MnCO₃：4.02％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨3.9H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温1.9H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.02％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，按质量比为不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨5.9H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机可用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.1g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度，至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温0.9H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温5.9H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温1.9H，降至200℃，保温1.9H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：82.00％，NiO：9.00％，ZnO：3.00％，MnCO₃：4.30％，Co₂O₃：1.05％和V₂O₅：0.059％构成。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法如下：

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO、MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：82.00％，NiO：9.00％，ZnO：3.00％，MnCO₃：4.30％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨4±0.1H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温2H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.05％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，按质量比为不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨6H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；

所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机可用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.3g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度，至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温1H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温6H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温2H，降至200℃，保温2H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料，由质量分数为Fe₂O₃：83.78％，NiO：9.84％，ZnO：3.05％，MnCO₃：4.58％，Co₂O₃：1.08％和V₂O₅：0.059％构成。

一种不含铅的NiZn软磁铁氧体材料的制备方法如下：

第一步、以Fe₂O₃、NiO、ZnO、MnCO₃为主配方，按质量分数Fe₂O₃：83.78％，NiO：9.84％，ZnO：3.05％，MnCO₃：4.58％进行配料；

第二步、对上述配料好的材料进行第一次球磨，采用行星式球磨机湿磨法，质量比按不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨4.1H，粒度达到0.8μm以下，后烘干；

第三步、对烘干后的配料进行予烧，从室温起，按不超过150℃/H的升温速度，升至950℃后，保温2.1H，随炉冷却，降至室温出炉；

第四步、对予烧后的配料进行粉碎处理，粉碎处理后按质量分数为Co₂O₃：1.08％和V₂O₅：0.059％加入两种添加物，仍采用行星式球磨机湿磨法，按质量比为不锈钢或锆球∶配料∶去离子水或蒸馏水＝1∶2.5∶1.2的比率混合，300N/min的速度球磨6.1H后烘干，分别加入质量分数为10％的粘合剂、质量分数为10％的分散剂和质量分数为10％的脱模剂，机械造粒处理，过40目筛网；

所述粘合剂为聚乙烯醇，分散剂为聚乙二醇脂，脱模剂为硬脂酸锌；

第五步、选用铁氧体压模模具，对模具进行填料，材料松装比为3∶1，压制压机可用普通的液压设备，采用等静压方式，压力为10吨，控制成型后的产品密度在5.5g/cm³；

所述材料松装比为3∶1是指填配料高度按成型后零件高度的三倍比例进行装料；

第六步、对成型后产品进行高温烧结处理，选用精度在10℃以内、最高温度为1200℃的箱式高温烧结炉，从室温起，按50℃/H的升温速度，至450℃，后按150℃/H的速度升至800℃，保温1.1H，又按50℃/H的速度升至1050℃，保温6.1H，随炉降至室温出炉；

第七步、对高温烧结后的产品进行内部应力去除，将产品放入高温干燥箱中，自由升温至250℃，保温2.1H，降至200℃，保温2.1H，随后按20℃/2H的降温速度，直止降至40℃，全部工序完成。